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Les caméras à semi-conducteurs grand champ : le point de vue du radiophysicien
+ Models
MEDNUC-1063; No. of Pages 2
Disponible en ligne sur
ScienceDirect www.sciencedirect.com Médecine Nucléaire xxx (2018) xxx–xxx
Mise au point
Les caméras à semi-conducteurs grand champ : le point de vue du radiophysicien Overview on whole body CZT cameras: The key points for the physicist L. Imbert a,b,*,c a
b
Institut de cancérologie de Lorraine, 54000 Nancy, France Plateforme Nancyclotep, CHRU de Nancy, rue du Morvan, 54500 Vandoeuvre-les-Nancy, France c Inserm, UMR-1254 IADI, université de Lorraine, 54000 Nancy, France Reçu le 23 février 2018 ; accepté le 1er mars 2018
Re´sume´ Les caméras à semi-conducteurs grand champ devraient permettre d’améliorer nettement l’imagerie par émission monophotonique, non seulement en optimisant les protocoles d’acquisition mais aussi en favorisant le développement des traceurs SPECT, avec la perspective d’obtenir des images de qualité assez proche de l’imagerie TEP, mais avec des coûts et des contraintes techniques d’utilisation nettement plus faibles. # 2018 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés. Mots clés : CZT ; Grand champ ; Performances ; Qualité image
Abstract Whole body CZT cameras might clearly enhance single photon emission imaging not only through the optimization of acquisition protocols but also through the development of SPECT tracers with the objective of reaching an image quality comparable to that of PET imaging but with much lower costs and technical constraints. # 2018 Elsevier Masson SAS. All rights reserved. Keywords: CZT; Whole body; Performance; Quality image
Les caméras à semi-conducteurs grand champ, récemment mises sur le marché, devraient permettre d’améliorer nettement l’imagerie par émission monophotonique. Il s’agit effectivement d’un saut technologique apporté par l’utilisation de : détecteurs pixélisés à base de cadmium-zinc et tellure (CZT), technologie largement validée sur les caméras à semiconducteurs dédiées à la cardiologie nucléaire [1–3] ;
* Correspondance. Adresse e-mail : [email protected].
de nouveaux systèmes de collimation plus adaptés, ce qui permet d’envisager de nouvelles perspectives pour les examens scintigraphiques. Ces caméras utilisent un principe de détection directe (conversion d’un photon g en signal électrique directement exploitable par les circuits électroniques) qui permet notamment d’améliorer la résolution en énergie, le rapport signal sur bruit et donc le contraste de l’image. Les constructeurs actuels, General Electric Healthcare (Haïfa, Israël) et Spectrum Dynamics (Césarée, Israël) proposent 2 systèmes respectivement les caméras Discovery NM/CT 670 CZT et Veriton-CT, qui sont très différentes de par leur géométrie d’acquisition et la collimation utilisée (ce qui était
https://doi.org/10.1016/j.mednuc.2018.03.133 0928-1258/# 2018 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.
Pour citer cet article : Imbert L. Les caméras à semi-conducteurs grand champ : le point de vue du radiophysicien. Médecine Nucléaire (2018), https://doi.org/10.1016/j.mednuc.2018.03.133
+ Models
MEDNUC-1063; No. of Pages 2
2
L. Imbert / Médecine Nucléaire xxx (2018) xxx–xxx
Les caractéristiques de ces 2 caméras : géométrie d’acquisition ; système de collimation et algorithme de reconstruction dédié à la géométrie du système ; conduisent à des performances différentes, que ce soit sur fantômes et/ou en conditions cliniques, notamment en termes de sensibilité de détection et résolution spatiale.
Comme cela a déjà été le cas il y a 10 ans pour la cardiologie nucléaire, cette évolution technologique devrait permettre :
Fig. 1. Patiente de 54 ans, suspicion de maladie de Paget (de localisation sacrée). Acquisition planaire réalisée sur la caméra Discovery NM/CT 670 CZT (GE). Injection 668 MBq–temps d’acquisition 348 sec. Fifty-four-year-old woman with a suspected Paget’s disease involving the sacrum Planar acquisition performed with the Discovery NM/CT 670 CZT camera (GE) Injection of 668 MBq of 99mTc-MDP–Acquisition time: 348 sec. Service de médecine nucléaire, hôpital Pellegrin, Bordeaux.
déjà le cas pour la cardiologie nucléaire avec les caméras Discovery NM530c et D-SPECT distribuées par les mêmes constructeurs) [1,4]. Le système Discovery NM/CT 670 CZT utilise une géométrie d’acquisition identique à celle d’une caméra conventionnelle double-tête dans laquelle l’ensemble cristal scintillant/guide de lumière/tubes photomultiplicateurs est remplacé par une matrice de détecteurs CZT pixélisés (130 modules de CZT de dimensions 39,36 39,36 7,25 mm3 par détecteur) couplée à un collimateur dédié. Le champ de vue utile d’un détecteur est de 39 51 cm2. Plusieurs modes d’acquisition sont possibles : planaire, corps entier et tomographique intégrant des algorithmes de reconstruction de type : rétroprojection filtrée, itératif 3D avec correction de la diffusion et de l’atténuation. La caméra Veriton utilise, quant à elle, une géométrie d’acquisition originale, déjà validée sur la caméra D-SPECT, mais avec 12 détecteurs de dimensions 4 32 cm2 (8 modules de CZT de dimensions 39,36 39,36 5 mm3 pour chacun des détecteur). Ces détecteurs effectuent pendant l’enregistrement des mouvements de rotation sur eux-mêmes, autour d’un axe central et selon plusieurs orbites en fonction de la région explorée. Ce système est optimisé pour des acquisitions tomographiques, le mode planaire n’étant pas actuellement disponible. L’algorithme de reconstruction itératif de type OSEM [5] comprend une modélisation de la géométrie du collimateur (et donc correction de la résolution spatiale en profondeur) et intègre des corrections d’atténuation et de diffusion. Cet ensemble permet d’obtenir des images avec une résolution spatiale centrale en mode tomographique qui n’avait encore jamais été atteinte avec les caméras d’Anger conventionnelles (de l’ordre de 4,5 mm au centre du champ de vue).
d’optimiser les protocoles d’acquisition en adaptant, par exemple, le compromis activité injectée/temps d’enregistrement [6] ; de définir de nouveaux référentiels pour évaluer les performances de tels systèmes.
En effet, seule la décision réglementaire ANSM du 25 novembre 2008 s’applique actuellement pour les caméras à scintillations. Celle-ci est bien adaptée pour la caméra Discovery NM/CT 670 CZT du fait de sa géométrie conventionnelle de détection, mais elle n’est pas applicable à la caméra Veriton, qui est dédiée à la tomographie. De plus, les sources utilisées pour ces contrôles devront être adaptées à la géométrie d’acquisition particulière de la caméra Veriton. Enfin, ces deux caméras pourraient permettre, non seulement d’optimiser les protocoles d’enregistrement, mais aussi de booster l’utilisation et le développement de traceurs SPECT, avec la perspective d’obtenir des images de qualité assez proche de l’imagerie TEP, mais avec des coûts et des contraintes d’utilisation nettement plus faibles (Fig. 1). De´claration de liens d’inte´reˆts L’auteur déclare ne pas avoir de liens d’intérêts. Re´fe´rences [1] Slomka PJ, Patton JA, Berman DS, Germano G. Advances in technical aspects of myocardial perfusion SPECT imaging. J Nucl Cardiol 2009;16:255–76. [2] Imbert L, Poussier S, Franken PR, Songy B, Verger A, Morel O, et al. Compared performance of high-sensitivity cameras dedicated to myocardial perfusion SPECT: a comprehensive analysis of phantom and human images. J Nucl Med 2012;53:1897–903. [3] Imbert L, Marie PY. CZT cameras: a technological jump for myocardial perfusion SPECT. J Nucl Cardiol 2016;23:894–6. [4] Bocher M, Blevis IM, Tsukerman L, Shrem Y, Kovalski G, Volokh L. A fast cardiac gamma camera with dynamic SPECT capabilities: design, system validation and future potential. Eur J Nucl Med Mol Imaging 2010;37: 1887–902. [5] Erlandsson K, Kacperski K, Van Gramberg D, Hutton BF. Performance evaluation of D-SPECT: a novel SPECT system for nuclear cardiology. Phys Med Biol 2009;54:2635–49. [6] Tissot H, Morel O, Imbert L, Roch V, Claudin M, Perrin M, et al. Impact d’une reduction d’activité sur la mesure de la fraction d’éjection du ventricule gauche sur camera D-Spect. Med Nucl 2017;41:83–92.
Pour citer cet article : Imbert L. Les caméras à semi-conducteurs grand champ : le point de vue du radiophysicien. Médecine Nucléaire (2018), https://doi.org/10.1016/j.mednuc.2018.03.133
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Disponible en ligne sur
ScienceDirect www.sciencedirect.com Médecine Nucléaire xxx (2018) xxx–xxx
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Les caméras à semi-conducteurs grand champ : le point de vue du radiophysicien Overview on whole body CZT cameras: The key points for the physicist L. Imbert a,b,*,c a
b
Institut de cancérologie de Lorraine, 54000 Nancy, France Plateforme Nancyclotep, CHRU de Nancy, rue du Morvan, 54500 Vandoeuvre-les-Nancy, France c Inserm, UMR-1254 IADI, université de Lorraine, 54000 Nancy, France Reçu le 23 février 2018 ; accepté le 1er mars 2018
Re´sume´ Les caméras à semi-conducteurs grand champ devraient permettre d’améliorer nettement l’imagerie par émission monophotonique, non seulement en optimisant les protocoles d’acquisition mais aussi en favorisant le développement des traceurs SPECT, avec la perspective d’obtenir des images de qualité assez proche de l’imagerie TEP, mais avec des coûts et des contraintes techniques d’utilisation nettement plus faibles. # 2018 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés. Mots clés : CZT ; Grand champ ; Performances ; Qualité image
Abstract Whole body CZT cameras might clearly enhance single photon emission imaging not only through the optimization of acquisition protocols but also through the development of SPECT tracers with the objective of reaching an image quality comparable to that of PET imaging but with much lower costs and technical constraints. # 2018 Elsevier Masson SAS. All rights reserved. Keywords: CZT; Whole body; Performance; Quality image
Les caméras à semi-conducteurs grand champ, récemment mises sur le marché, devraient permettre d’améliorer nettement l’imagerie par émission monophotonique. Il s’agit effectivement d’un saut technologique apporté par l’utilisation de : détecteurs pixélisés à base de cadmium-zinc et tellure (CZT), technologie largement validée sur les caméras à semiconducteurs dédiées à la cardiologie nucléaire [1–3] ;
* Correspondance. Adresse e-mail : [email protected].
de nouveaux systèmes de collimation plus adaptés, ce qui permet d’envisager de nouvelles perspectives pour les examens scintigraphiques. Ces caméras utilisent un principe de détection directe (conversion d’un photon g en signal électrique directement exploitable par les circuits électroniques) qui permet notamment d’améliorer la résolution en énergie, le rapport signal sur bruit et donc le contraste de l’image. Les constructeurs actuels, General Electric Healthcare (Haïfa, Israël) et Spectrum Dynamics (Césarée, Israël) proposent 2 systèmes respectivement les caméras Discovery NM/CT 670 CZT et Veriton-CT, qui sont très différentes de par leur géométrie d’acquisition et la collimation utilisée (ce qui était
https://doi.org/10.1016/j.mednuc.2018.03.133 0928-1258/# 2018 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.
Pour citer cet article : Imbert L. Les caméras à semi-conducteurs grand champ : le point de vue du radiophysicien. Médecine Nucléaire (2018), https://doi.org/10.1016/j.mednuc.2018.03.133
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2
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Les caractéristiques de ces 2 caméras : géométrie d’acquisition ; système de collimation et algorithme de reconstruction dédié à la géométrie du système ; conduisent à des performances différentes, que ce soit sur fantômes et/ou en conditions cliniques, notamment en termes de sensibilité de détection et résolution spatiale.
Comme cela a déjà été le cas il y a 10 ans pour la cardiologie nucléaire, cette évolution technologique devrait permettre :
Fig. 1. Patiente de 54 ans, suspicion de maladie de Paget (de localisation sacrée). Acquisition planaire réalisée sur la caméra Discovery NM/CT 670 CZT (GE). Injection 668 MBq–temps d’acquisition 348 sec. Fifty-four-year-old woman with a suspected Paget’s disease involving the sacrum Planar acquisition performed with the Discovery NM/CT 670 CZT camera (GE) Injection of 668 MBq of 99mTc-MDP–Acquisition time: 348 sec. Service de médecine nucléaire, hôpital Pellegrin, Bordeaux.
déjà le cas pour la cardiologie nucléaire avec les caméras Discovery NM530c et D-SPECT distribuées par les mêmes constructeurs) [1,4]. Le système Discovery NM/CT 670 CZT utilise une géométrie d’acquisition identique à celle d’une caméra conventionnelle double-tête dans laquelle l’ensemble cristal scintillant/guide de lumière/tubes photomultiplicateurs est remplacé par une matrice de détecteurs CZT pixélisés (130 modules de CZT de dimensions 39,36 39,36 7,25 mm3 par détecteur) couplée à un collimateur dédié. Le champ de vue utile d’un détecteur est de 39 51 cm2. Plusieurs modes d’acquisition sont possibles : planaire, corps entier et tomographique intégrant des algorithmes de reconstruction de type : rétroprojection filtrée, itératif 3D avec correction de la diffusion et de l’atténuation. La caméra Veriton utilise, quant à elle, une géométrie d’acquisition originale, déjà validée sur la caméra D-SPECT, mais avec 12 détecteurs de dimensions 4 32 cm2 (8 modules de CZT de dimensions 39,36 39,36 5 mm3 pour chacun des détecteur). Ces détecteurs effectuent pendant l’enregistrement des mouvements de rotation sur eux-mêmes, autour d’un axe central et selon plusieurs orbites en fonction de la région explorée. Ce système est optimisé pour des acquisitions tomographiques, le mode planaire n’étant pas actuellement disponible. L’algorithme de reconstruction itératif de type OSEM [5] comprend une modélisation de la géométrie du collimateur (et donc correction de la résolution spatiale en profondeur) et intègre des corrections d’atténuation et de diffusion. Cet ensemble permet d’obtenir des images avec une résolution spatiale centrale en mode tomographique qui n’avait encore jamais été atteinte avec les caméras d’Anger conventionnelles (de l’ordre de 4,5 mm au centre du champ de vue).
d’optimiser les protocoles d’acquisition en adaptant, par exemple, le compromis activité injectée/temps d’enregistrement [6] ; de définir de nouveaux référentiels pour évaluer les performances de tels systèmes.
En effet, seule la décision réglementaire ANSM du 25 novembre 2008 s’applique actuellement pour les caméras à scintillations. Celle-ci est bien adaptée pour la caméra Discovery NM/CT 670 CZT du fait de sa géométrie conventionnelle de détection, mais elle n’est pas applicable à la caméra Veriton, qui est dédiée à la tomographie. De plus, les sources utilisées pour ces contrôles devront être adaptées à la géométrie d’acquisition particulière de la caméra Veriton. Enfin, ces deux caméras pourraient permettre, non seulement d’optimiser les protocoles d’enregistrement, mais aussi de booster l’utilisation et le développement de traceurs SPECT, avec la perspective d’obtenir des images de qualité assez proche de l’imagerie TEP, mais avec des coûts et des contraintes d’utilisation nettement plus faibles (Fig. 1). De´claration de liens d’inte´reˆts L’auteur déclare ne pas avoir de liens d’intérêts. Re´fe´rences [1] Slomka PJ, Patton JA, Berman DS, Germano G. Advances in technical aspects of myocardial perfusion SPECT imaging. J Nucl Cardiol 2009;16:255–76. [2] Imbert L, Poussier S, Franken PR, Songy B, Verger A, Morel O, et al. Compared performance of high-sensitivity cameras dedicated to myocardial perfusion SPECT: a comprehensive analysis of phantom and human images. J Nucl Med 2012;53:1897–903. [3] Imbert L, Marie PY. CZT cameras: a technological jump for myocardial perfusion SPECT. J Nucl Cardiol 2016;23:894–6. [4] Bocher M, Blevis IM, Tsukerman L, Shrem Y, Kovalski G, Volokh L. A fast cardiac gamma camera with dynamic SPECT capabilities: design, system validation and future potential. Eur J Nucl Med Mol Imaging 2010;37: 1887–902. [5] Erlandsson K, Kacperski K, Van Gramberg D, Hutton BF. Performance evaluation of D-SPECT: a novel SPECT system for nuclear cardiology. Phys Med Biol 2009;54:2635–49. [6] Tissot H, Morel O, Imbert L, Roch V, Claudin M, Perrin M, et al. Impact d’une reduction d’activité sur la mesure de la fraction d’éjection du ventricule gauche sur camera D-Spect. Med Nucl 2017;41:83–92.
Pour citer cet article : Imbert L. Les caméras à semi-conducteurs grand champ : le point de vue du radiophysicien. Médecine Nucléaire (2018), https://doi.org/10.1016/j.mednuc.2018.03.133